發泡陶瓷材料用于船舶內裝的可行性研究

龍國燁，陳超核

（華南理工大學，廣州 510641）

1 引言

隨著人們生活質量和追求的不斷提高，造船與旅游行業迅速發展，船員和旅客對居住環境的要求也越來越高。陸上建筑物的裝修風格和材料逐漸被船上采用，甚至一些船內裝修比陸上的建筑物更豪華，船舶內裝質量的提升對整體舒適性的提升起著至關重要的作用。然而，目前國內船舶行業整體的內裝質量以及重視程度遠落后于一些先進的發達國家，難以滿足發展需求，迫切需要提高國內整體的船舶內裝水平和質量，內裝材料的選用是影響船舶內裝質量至關重要的因素。

新型船用內裝材料不但要求具有良好的隔熱保溫性能，還要求有輕質、耐火、隔聲及裝飾效果良好等功能，開發性能優秀的新型船舶內裝材料具有重大意義。發泡陶瓷是兼具以上優秀性能的新興材料，目前已廣泛應用于陸上建筑等各個領域。

2 發泡陶瓷材料概述

發泡陶瓷材料一般是指高溫發泡陶瓷材料，其通常由陶瓷碎片、大理石以及花崗巖廢料、黏土尾料、粉砂等建筑廢料組成，在約1 200 ℃的高溫隧道窯中鍛造而成。發泡陶瓷是具有高孔隙率和三維網格結構的無機多孔陶瓷體，孔徑一般可達微米甚至納米，孔隙率為20%～95%，外形猶如鋼化泡沫[1]。發泡陶瓷的表面和內部都具有無數的連通孔，屬于非柔順性多孔結構，這種結構具有較強的吸聲能力。

發泡陶瓷的造孔方法很多，不同的造孔方法會影響其內部結構，從而影響其性能和特性。

發泡陶瓷具有孔隙率高、導熱系數低、耐震性、耐高溫性、耐腐蝕性、耐候性、抗老化性、不燃性、隔音性等眾多優良性能，在航空、電氣、電子、環保、建筑等領域被廣泛應用。表1 為某建筑用發泡陶瓷隔板主要技術性能。

表1 某建筑用發泡陶瓷隔板主要技術性能

3 船舶內裝材料分類及使用可行性分析

根據《國際海上人命安全公約》（SOLAS）以及各國船級社的規范要求，船用內裝材料按照用途分類，可大致劃分為：絕緣材料、裝飾材料、家具材料；按照燃燒性能分類，可大致劃分為：可燃性材料、不可燃性材料[4]。

3.1 根據用途分類

（1）絕緣材料主要有耐振、隔音、隔熱等作用，按用途可分為兩類：用于船舶艙壁保溫的絕緣材料、用于甲板敷料的絕緣材料。艙壁保溫絕緣材料目前主要有巖棉、玻璃棉、陶瓷棉和各類泡沫制成品等；甲板絕緣材料目前主要有甲板基層敷料、復合耐火甲板敷料、耐火浮動甲板敷料。

（2）裝飾材料中，復合巖棉板是目前船舶內裝使用最廣泛的裝飾板。它可根據需求制成各種結構的板架，分為圍壁襯板、電纜專用板、高隔音板、獨立安裝的圍壁板、天花板等。

（3）船用家具材料跟陸用家具材料在選用和安裝特點上，船用家具要求更高。

3.2 根據燃燒性能分類

船用內裝材料根據燃燒性能可劃分為兩類：可燃性材料、不可燃性材料。

船舶耐火分隔，必須采用不可燃性材料。對于船用材料是否滿足不燃性、耐火性、低播焰性和煙毒性等的檢驗標準，是根據《國際耐火試驗程序應用規則》來判定的[6]。根據該規則的規定，在耐火分隔試驗中，材料被加熱到750 ℃時其既不燃燒也不會釋放足以引起自燃的可燃蒸發性氣體，即為不可燃性材料。由玻璃、混凝土、陶瓷、普通金屬和合金制備而成的材料，可認定為是不可燃性的，可以實裝在船上而無需進行額外的耐火試驗。

材料表面起火時能有效限制火勢蔓延，即認為該材料具有低播焰性。材料是否滿足低播焰性的要求必須通過表面可燃性試驗來檢驗。

要求材料在溫度升高時不會產生過量煙氣和有毒產物或不致造成毒性危害時，該材料應通過煙氣和毒性試驗。若某種材料通過了表面可燃性試驗，但在試驗中材料的熱量總釋放值和熱釋放速率的峰值不滿足規定時，該材料需要額外進行規則中規定的煙氣密度和毒性試驗。

此外，根據材料的特性和使用范圍不同，船用防火材料還應進行防火門控制裝置試驗、垂直垂掛紡織品和薄膜的試驗、軟墊家具和床上用品試驗等。

3.3 發泡陶瓷材料應用于船上的可行性分析

根據發泡陶瓷在其他領域中的應用及其技術性能，結合船用內裝材料的分類和特點，可以發現泡沫陶瓷可制備成各種不同的產品應用于船舶各個部位的內裝上。以下介紹發泡陶瓷材料在船舶內裝上的兩種主要用途，并進行可行性分析。

3.3.1 用于船內耐火分隔

在建筑領域中，用發泡陶瓷制作的用作承重墻體的保溫墻體板，具有較高的強度、較低的容重和優秀的保溫隔熱隔音等性能。據此，發泡陶瓷板材可借鑒應用于船內各處所的耐火分隔結構或鋪設在鋼制圍板周圍作為耐火分隔結構。由于發泡陶瓷具有不燃性，因此不需要經過不燃性試驗即可實船安裝。

對于發泡陶瓷而言，不同的制成品耐火等級和適用范圍會不一樣，其隔熱、隔聲和強度等性能也會隨之變化，例如：達到B～15 級的不燃板材，可以作為獨立的艙室分隔板；只達到B～0 級的不燃板材，只能用于耐火分隔的襯板或天花板。因此，發泡陶瓷的制成品不僅可用作隔熱材料，還能用作襯板和天花板等。

根據船體防火分隔典型耐火結構形式以及實際上常用的耐火分隔結構形式，發泡陶瓷可用于以下幾種耐火分隔結構形式：

（1）是鋼質艙壁＋隔熱材料＋空氣層＋襯板構成的A 級艙壁，這種結構形式適用于走廊和儲物間的艙壁等；（2）是襯板＋空氣層＋鋼質艙壁＋襯板構成的A 級艙壁，這種結構形式其兩側任何一面均可向火，適用于作為主豎區限界面的艙壁等，其兩側為起居處所；（3）是鋼質甲板＋空氣層＋天花板構成的A 級甲板，適用于甲板下部為起居處所的區域等。這三種結構形式，如圖1 所示。

目前，船舶內裝隔熱材料通常為巖棉、陶瓷棉和超細玻璃棉，不燃板材主要以硅酸鈣板和復合巖棉板為主。發泡陶瓷不僅滿足規定的耐火分隔要求及單位面積容重較輕的性能特點，相較于現有的耐火分隔材料，其抗壓強度較高、抗腐蝕、在暴曬和冷熱巨變等環境下不易變形、不開裂、性能穩定，還具有良好的吸音、隔音等效果。此外，相比于傳統的耐火材料，發泡陶瓷材料安裝簡便、可現場切割拼裝、不會產生有害粉塵、使用壽命長，并可大大降低日常維修成本。

3.3.2 用于船內裝飾板

發泡陶瓷有較強的可塑性，可加工成不同的形狀，而且可跟各種材料和表面敷料粘合成復合板材。這種材料既滿足了船上的輕質防火等要求，也可根據各部位的不同審美風格而更換不同的表面飾面材料，可用于起居處所的艙壁、襯板和天花板等表面外露的部位。

本文根據《國際耐火試驗程序應用規則》的要求，制備了6 塊外形尺寸為：長795 mm×寬150 mm×厚20.5 mm 的樣品送至遠東防火中心進行表面可燃性試驗。試樣的熄滅時臨界熱流、持續燃燒熱量、熱釋放總量、熱釋放速率峰值的平均值等均滿足艙壁/天花板/襯板表面材料的要求。

試驗結果表明，該試樣符合SOLAS 公約第II-2 章要求的具有低播焰性的表面材料，且該試樣同時滿足總熱釋放值的平均值不大于0.2 MJ 和熱釋放率峰值不大于4 kW，不需要進行額外的煙氣密度和毒性試驗。因此，該復合發泡陶瓷板滿足SOLAS 公約中的相關規定，可應用在船上的相關部位。

目前船舶使用最廣泛的內裝裝飾板是復合巖棉板。復合發泡陶瓷板材與復合巖棉板類似，通過與不同材料的復合，能滿足不同處所的需求，而且復合發泡陶瓷材料在各項性能和施工工藝上更加優異，具體體現在以下幾個方面：（1）復合巖棉板以巖棉為基材，其強度較低，為了保證強度一般會與容重較大的材料復合來提高板材的強度。而發泡陶瓷基材則有較高的強度，在選擇復合材料時可選用容重較小但強度不高的材料進行復合，從而保證了復合材料質輕的特點，對船舶的重量控制具有重要的意義；（2）由于發泡陶瓷的切割開槽非常方便，在施工過程中無論安裝、切割還是拼接都大大提高了效率和安全性，同時也降低了安裝成本；（3）復合巖棉板中的礦物棉材質在加工和切割等過程中會產生對環境和人體有害的粉塵，相比之下發泡陶瓷在切割和加工過程中不會產生有害的粉塵；（4）發泡陶瓷的可塑性很強，其制成品不限于平面板材的復合材料，還可根據需求制備成各種形狀的復合材料，大大提升裝飾美感等等。

4 幾種常用材料與發泡陶瓷的性能比較

目前大型船舶上應用的內裝材料，主要分為有機材料和無機材料兩類：有機材料包括各類軟木板和有機泡沫等；無機材料包玻璃棉、巖棉和陶瓷棉等[7]。

（1）巖棉材料

巖棉制品質量較輕、隔聲性能較好、有良好的耐熱和保溫性能、價格比較低廉，但巖棉制品的纖維較粗、材質較脆、耐熱性能較差；由于巖棉具有良好的不燃性，可直接用作船內不燃材料。但其導熱系數隨著溫度升高而升高，不宜應用在經常暴露于高溫的環境中，主要應用于船舶裝飾材料或與鋼制圍板或其他材料復合成各級耐火分隔結構。

（2）陶瓷棉材料

陶瓷棉制品的耐火性較好、能在高溫下使用（最高使用溫度950℃～1 000 ℃）、高溫下的熱導率較小、容重較小，因此大量應用在船內各種高溫環境中，例如：船用鍋爐、排氣管以及管系的保溫隔熱材料等，近幾年來也被大量應用于艙壁的保溫隔熱材料中。

（3）玻璃棉一般是指以石英砂加廢玻璃為主要材料制成的無堿超細玻璃棉

其容重很小、在低溫環境下保溫隔熱效果非常好、但它的使用溫度較低（通常在500 ℃～600 ℃），通常應用于常溫和低溫環境下，且只能用作C 類分隔材料。

（4）其它各種有機泡沫

這類材料耐熱和保溫性能都比較良好，而且具有質輕、降噪等特性。這類材料一般為難燃材料（燃點500 ℃～800 ℃），且大部分在燃燒時會釋放低毒性氣體，不宜在高溫環境下使用，且和玻璃棉一樣僅作為C 級材料使用[8]。

表2 為發泡陶瓷材料與其他常用材料的主要技術性能對比。

表2 各種常用內裝材料主要技術性能對比

結合表2 和各種材料的技術特性和工藝流程，發泡陶瓷和其他材料相比，具有以下優點：

（1）原料來源廣泛

除了必須的陶瓷原料以外，頁巖、板巖、煤矸石等多種建筑尾礦和垃圾均可作為發泡陶瓷的原料，這些原料不僅價格低廉，而且綠色環保；

（2）不燃性較好

泡沫陶瓷具有較好的不燃性能，其使用溫度可達1 000 ℃，且不產生有毒有害氣體，屬于綠色環保產品；

（3）隔熱性能較好

具有較低的導熱系數，隔熱性能長期穩定；

（4）質輕且強度較高

發泡陶瓷容重較小，而且具有較強的抗壓強度，是一種理想的具有自承重的保溫隔熱材料；

（5）耐腐蝕性能良好

具有極強的抗酸堿能力，能延長其使用壽命；

（6）性能穩定，不易老化

使用壽命較長，經濟性較好；

（7）可塑性較強，裝飾效果好

與其他材料復合而成的復合材料，尤其適用于客船內的文化藝術裝飾；

（8）具有較強的吸聲能力，隔聲性能良好。

5 結論

發泡陶瓷具有諸多優點，符合當前綠色、環保、無污染和綠色造船的要求，其用于船舶內裝材料，不僅使裝飾、隔熱、防火融為一體，而且能大幅降低維修成本；發泡陶瓷質量較輕，可減輕船舶重量，符合船舶重量控制的要求。綜上所述，發泡陶瓷應用于船舶內裝上具有廣闊的發展前景。